Протеин O- GlcNAc трансфераза -Protein O-GlcNAc transferase
Белок О -GlcNAc трансферазы также известная как ЕТ является фермент ( ЕС 2.4.1.255 ) , что в организме человека кодируются ЕТ гена . OGT катализирует добавление посттрансляционной модификации O -GlcNAc к белкам .
Номенклатура
Другие названия включают:
- O -GlcNAc трансфераза
- OGTase
- О -связанной N -acetylglucosaminyltransferase
- Уридин diphospho- N -acetylglucosamine: полипептид β- N -acetylglucosaminyltransferase
Систематическое название: UDP- N -α-ацетил- д -glucosamine: [белка] -3- O - N - ацетил-β- д -glucosaminyl трансферазы
Функция
| O -GlcNAc трансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.4.1.255 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| BRENDA | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Гликозилтрансфераза
OGT катализирует добавление одного N- ацетилглюкозамина через O- гликозидную связь с серином или треонином и S- гликозидную связь с остатками цистеина нуклеоцитоплазматических белков. Поскольку как фосфорилирование, так и O -GlcNA-цилирование конкурируют за сходные остатки серина или треонина, эти два процесса могут конкурировать за сайты или они могут изменять субстратную специфичность соседних сайтов за счет стерических или электростатических эффектов. Для этого гена обнаружены два варианта транскрипта, кодирующие цитоплазматическую и митохондриальную изоформы. Ю glycosylates многих белков в том числе: гистон H2B , AKT1 , PFKL , KMT2E / MLL5, MAPT / TAU , фактор Клетки - хозяина С1 и sin3a .
O -GlcNAc трансфераза является частью множества биологических функций в организме человека. OGT участвует в резистентности к инсулину в мышечных клетках и адипоцитах , ингибируя фосфорилирование Треонина 308 AKT1, увеличивая скорость фосфорилирования IRS1 (серин 307 и серин 632/635), уменьшая передачу сигналов инсулина и гликозилируя компоненты сигналов инсулина. Кроме того, O -GlcNAc трансфераза катализирует внутриклеточное гликозилирование остатков серина и треонина с добавлением N- ацетилглюкозамина. Исследования показывают, что аллели OGT жизненно важны для эмбриогенеза и что OGT необходим для внутриклеточного гликозилирования и жизнеспособности эмбриональных стволовых клеток . O -GlcNAc трансфераза также катализирует посттрансляционную модификацию, которая модифицирует факторы транскрипции и РНК-полимеразу II , однако конкретная функция этой модификации в основном неизвестна.
Протеаза
OGT расщепляет фактор С1 клетки-хозяина по одной или более из 6 повторяющихся 26 аминокислотных последовательностей. TPR-домен OGT связывается с карбоксильным концом протеолитического повтора HCF1, так что область расщепления находится в активном сайте гликозилтрансферазы над уридин-дифосфат-GlcNAc. Большая часть OGT в комплексе с HCF1 необходима для расщепления HCF1, а HCFC1 является требуется для стабилизации OGT в ядре. HCF1 регулирует стабильность OGT с помощью посттранскрипционного механизма, однако механизм взаимодействия с HCFC1 до сих пор неизвестен.
Структура
Ген OGT человека имеет 1046 аминокислотных остатков и представляет собой гетеротример, состоящий из двух субъединиц 110 кДа и одной субъединицы 78 кДа. Субъединица 110 кДа содержит 13 тетратрикопептидных повторов (TPR); 13-й повтор усечен. Эти субъединицы димеризуются повторами TPR 6 и 7. OGT высоко экспрессируется в поджелудочной железе, а также в сердце , головном мозге , скелетных мышцах и плаценте . Следы были обнаружены в легких и печени . Сайты связывания были определены для субъединицы 110 кДа. Он имеет 3 сайта связывания на аминокислотных остатках 849, 852 и 935. Вероятный активный сайт находится на остатке 508.
Кристаллическая структура О -GlcNAc трансферазы не был хорошо изучен, но структура двоичного комплекса с UDP и трехкомпонентный комплекс с UDP и пептидный субстрат был исследован. Комплекс OGT-UDP содержит три домена в своей каталитической области: амино ( N ) -концевой домен, карбокси ( C ) -концевой домен и промежуточный домен (Int-D). Каталитическая область связана с повторами TPR трансляционной спиралью (H3), которая петляет от домена C -cat к домену N -cat вдоль верхней поверхности каталитической области. Комплекс OGT-UDP-пептид имеет большее пространство между доменом TPR и каталитической областью, чем комплекс OGT-UDP. Пептид CKII, который содержит три остатка серина и остаток треонина, связывается в этом пространстве. Эта структура поддерживает упорядоченный последовательный механизм би-би, который соответствует тому факту, что «при насыщающих концентрациях пептида была получена картина конкурентного ингибирования для UDP по отношению к UDP-GlcNAc».
Механизм катализа
Молекулярный механизм O -связанная N -acetylglucosamine трансфераза не была изучена либо, так как не подтвержденная кристаллическая структура фермента. Предложенный механизм Lazarus et al. подтверждается паттернами ингибирования продуктом UDP в условиях насыщения пептида. Этот механизм протекает с исходными материалами уридиндифосфат N- ацетилглюкозамином и пептидной цепью с реакционноспособной сериновой или треониновой гидроксильной группой. Предлагаемая реакция представляет собой упорядоченный последовательный би-би-механизм.
Химическая реакция может быть записана как:
- UDP- N -acetyl- D -glucosamine + [белка] - L -serine → UDP - + [белка] -3- O - ( N -acetyl- D -glucosaminyl) - L -serine
- UDP- N -acetyl- D -glucosamine + [белка] - L -threonine → UDP - + [белка] -3- O - ( N -acetyl- D -glucosaminyl) - L -threonine
Во-первых, гидроксильная группа серина депротонируется гистидином 498, каталитическим основанием в предлагаемой реакции. Лизин 842 также присутствует для стабилизации остатка UDP . Затем ион кислорода атакует сахарно-фосфатную связь между глюкозамином и UDP. Это приводит к расщеплению UDP- N- ацетилглюкозамина на N- ацетилглюкозамин-пептид и UDP. Протон передает проходить в фосфат и гистидин 498. Этот механизм стимулируется гена , содержащего ОГТ O -связанной N -acetylglucosamine трансферазы. Помимо переноса протонов, реакция протекает в одну стадию, как показано на рисунке 2. На рисунке 2 используется одинокий сериновый остаток в качестве представителя пептида с реакционноспособной гидроксильной группой. В механизме также мог быть использован треонин.
Ингибиторы
Сообщалось о многих ингибиторах ферментативной активности OGT. Ингибирование OGT приводит к глобальному подавлению O -GlcNAc. Клетки, по-видимому, активируют OGT и подавляют OGA в ответ на ингибирование OGT.
5 S -GlcNAc
Ac 4 5 S -GlcNAc превращается внутриклеточно в UDP-5 S -GlcNAc, субстратный аналог ингибитора OGT. UDP-5 S -GlcNAc не эффективно используется OGT в качестве сахара-донора, возможно, из-за искажения пиранозного кольца при замене кислорода серой. Поскольку другие гликозилтрансферазы используют UDP-GlcNAc в качестве сахара-донора, UDP-5 S -GlcNAc имеет некоторые неспецифические эффекты на гликозилирование клеточной поверхности.
OSMI
OSMI-1 был впервые идентифицирован в результате высокопроизводительного скрининга с использованием поляризации флуоресценции . Дальнейшая оптимизация привела к разработке OSMI-2, OSMI-3 и OSMI-4, которые связывают OGT с низким наномолярным сродством. Рентгеновская кристаллография показала, что хинолинон-6-сульфонамидный каркас соединений OSMI действует как миметик уридина . OSMI-2, OSMI-3 и OSMI-4 имеют отрицательно заряженные карбоксилатные группы; этерификация делает эти ингибиторы проницаемыми для клеток.
Регулирование
O -GlcNAc трансфераза является частью динамической конкуренции за сериновую или треониновую гидроксильную функциональную группу в пептидной единице. На рисунке 3 показан пример как взаимной занятости одной и той же площадки, так и занятости соседней площадки. За занятость одного и того же сайта OGT конкурирует с киназой, чтобы катализировать гликозилирование белка вместо фосфорилирования. Пример занятости соседнего сайта показывает, что голый белок, катализируемый OGT, превращается в гликопротеин , который может увеличивать обмен белков, таких как репрессор опухоли p53.
Посттрансляционная модификация белков с помощью O -GlcNAc стимулируется потоком глюкозы через путь биосинтеза гексозамина . OGT катализирует присоединение группы O -GlcNAc к серину и треонину, в то время как O -GlcNAcase стимулирует удаление сахара .
Эта регуляция важна для множества клеточных процессов, включая транскрипцию , передачу сигнала и протеасомную деградацию. Кроме того, существует конкурентная регуляция между OGT и киназой для связывания белка с фосфатной группой или O -GlcNAc, что может изменять функцию белков в организме посредством последующих эффектов. OGT подавляет активность 6-фосфофруктозеканазы PFKL, опосредуя процесс гликозилирования. Затем это действует как часть регуляции гликолиза . O -GlcNAc был определен как негативный регулятор транскрипции в ответ на передачу сигналов стероидного гормона.
Исследования показывают, что трансфераза O -GlcNAc напрямую взаимодействует с ферментом Ten eleven translocation 2 ( TET2 ), который превращает 5-метилцитозин в 5-гидроксиметилцитозин и регулирует транскрипцию генов. Кроме того, повышение уровня OGT для O -GlcNAцилирования может иметь терапевтический эффект для пациентов с болезнью Альцгеймера. Метаболизм глюкозы в головном мозге нарушается при болезни Альцгеймера, и исследования показывают, что это приводит к гиперфосфорилированию тау и дегеренации тау O -GlcNCAcylation. Восполнение тау- O -GlcNacylation в головном мозге вместе с протеинфосфатазой может сдерживать этот процесс и улучшать метаболизм глюкозы в мозге.
Смотрите также
Ссылки
внешние ссылки
- Протеин + O-GlcNAc + трансфераза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
